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--- guias:iniciacion_a_la_electronica [2024/06/21 11:37] – [20.4.- El amplificador operacional en montaje no inversor.] Jose Manuel Mariño Mariño
+++ guias:iniciacion_a_la_electronica [2024/09/03 21:21] (actual) – [20.1.- El amplificador operacional ideal.] Jose Manuel Mariño Mariño
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 Hasta aquí no hay nada demasiado difícil de entender. Si en un amplificador multiplicamos la señal de entrada por la ganancia, y eso es lo que obtenemos a la salida, ahora la única diferencia es que en lugar de una entrada tenemos dos, y lo que amplificamos es la diferencia entre las dos entradas. De hecho en un amplificador "normal" también estamos amplificando una diferencia de señales, porque realmente lo que amplificamos es la diferencia entre la señal de entrada entrada y masa (pero como la masa equivale al potencial de 0 V, pues al final no restamos nada).
+==== 20.1.- El amplificador operacional ideal. ====
 Para comprender el funcionamiento de los amplificadores operacionales debemos hacer algunas aproximaciones (a estas alturas de la película se supone que ya no os sorprenderéis), o asumir algunas mentirijillas:
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   * La impedancia de entrada de los amplificadores operacionales es muy, muy alta (esto también suele cierto, sobre todo en los FET). Nosotros vamos a considerar que la impedancia es **infinita**. Y también veremos ahora por qué.
-¿Entendido hasta aquí? Los operacionales son unos circuitos que amplifican mucho, mucho la señal, y además tienen una entrada que apenas consume corriente, es decir, la fuente que alimenta la entrada del operacional apenas "nota" que tienen algo conectado.
+¿Entendido hasta aquí? Los operacionales son unos circuitos que amplifican mucho, mucho la señal, y además tienen una entrada que apenas consume corriente, es decir, la fuente que alimenta la entrada del operacional apenas "nota" que tienen algo conectado. Lo que hacemos con estas aproximaciones es "idealizar" nuestro modelo de operacional, convirtiéndolo en algo teóricamente perfecto y luego poder utilizar esa "idealización" para simplificar los cálculos. Esas "idealizaciones" o aproximaciones no supondrán ningún problema porque la ganancia de los opamps reales es tan alta, así como su ganancia, que en un montaje real no afectan a los cálculos en absoluto.
 Pues ahora viene lo bueno. De los dos puntos anteriores podemos deducir lo que llamaremos el "cortocircuito virtual". Vamos a explicarlo:
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   * Tenemos un amplificador con ganancia infinita.
   * La salida del amplificador solo puede tomar valores finitos (si está alimentado a +V<sub>CC</sub>  y -V<sub>SS</sub>  la salida solo puede tomar valores entre esos límites).
-  * Por lo tanto, el valor de la señal de entrada debe ser igual a V<sub>I</sub>  = V<sub>O</sub>  / G = 0
+  * Si la señal de salida es igual a la señal de entrada multiplicada por la ganancia, podemos decir que la señal de entrada es igual a la señal de salida dividida por la ganancia.
+  * Por lo tanto, el valor de la señal de entrada debe ser igual a V<sub>I</sub>  = V<sub>O</sub>  / G .
+  * Pero si Vo es un valor finito y G es un valor infinito, tenemos que V<sub>I</sub>  = V<sub>O</sub>  / G = V<sub>O</sub>  / infinito = 0
   * Sí, habéis leído bien, la entrada vale cero. Estamos dividiendo un valor finito por algo que es infinito, por lo tanto el resultado es cero.
-  * El **cortocircuito virtual**  significa que la diferencia entre las dos entradas del operacional es tan, tan pequeña, que podemos asumir que es cero, y que por lo tanto **las dos entradas del operacional están siempre al mismo potencial**. Siempre que el operacional esté trabajando de forma correcta y dentro de sus rangos, claro.
-Esto es un poco difícil de asimilar al principio, pero os iréis acostumbrando. Se trata de un cortocircuito un tanto "especial", porque las dos entradas están al mismo potencial pero sin embargo no circula corriente por ellas (recordad lo de la impedancia de entrada infinita!!!).
+El **cortocircuito virtual**  significa que la diferencia entre las dos entradas del operacional es tan, tan pequeña, que podemos asumir que es cero, y que por lo tanto **las dos entradas del operacional están siempre al mismo potencial**. Siempre que el operacional esté trabajando de forma correcta y dentro de sus rangos, claro.
+Esto es un poco difícil de asimilar al principio, pero os iréis acostumbrando. Se trata de un cortocircuito un tanto "especial", porque las dos entradas están al mismo potencial pero sin embargo no es un cortocircuito real porque no circula corriente por ellas (recordad lo de la impedancia de entrada infinita!!!).
-==== 20.1.- El amplificador operacional ideal. ====
+Estas dos condiciones, la impedancia de entrada infinita y el cortocircuito virtual, son las que permiten que calcular la ganancia de un circuito con opamp sea muy, muy sencillo.
-==== 20.2.- El amplificador operacional real. Ancho de banda. ====
+==== 20.2.- El amplificador operacional real. Ancho de banda (BW) y producto Ganancia·Ancho de banda (GB). ====
+A pesar de que usemos un modelo idealizado para nuestros cálculos hay algunos aspectos que hay que seguir teniendo presentes, como el del ancho de banda (BW, bandwidth). Un opamp ideal tiene un ancho de banda infinito, esto es, podría amplificar señales de cualquier frecuencia. Las dos mentirijillas de antes acerca de la impedancia de entrada y el cortocircuito virtual no afectan a los cálculos, pero el tema del ancho de banda sí es necesario tenerlo en cuenta si vamos a trabajar con frecuencias altas.
+En el mundo real los opamp tienen un ancho de banda limitado y no pueden amplificar cualquier señal. Cuando la señal es de una frecuencia demasiado alta, los transistores que forman el opamp no pueden seguir el ritmo de unas oscilaciones tan rápidas. En función del diseño interno del opamp y de la tecnología de semiconductores empleada en su frabricación, tendremos opamps más o menos "rápidos".
+Esta rapidez viene indicada por una magnitud llamada **slew rate**, que nos dice cómo de rápido puede variar la salida del opamp, y se mide en V/us (voltios por microsegundo). Cuanto más alto sea el slew rate de un opamp, mayor será su ancho de banda ya que su salida puede oscilar a mayor velocidad.
+[Explicar con imagen la curva de ganancia en lazo abierto de un opamp real]
+[Explicar con imagen la curva de ganancia en lazo cerrado, y cómo el producto G·BW se mantiene constante]
+[Incompleto. Pendiente completar el apartatado.]
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   * La diferencia de potencial de R<sub>2</sub>  es V<sub>O</sub>  - V<sub>I</sub>  porque uno de sus bornes está conectado a la salida, mientras que el otro está conectado a un punto que ya hemos visto que tiene el mismo potencial que la entrada.
   * La resistencia que atraviesa R<sub>2</sub>  será por lo tanto I<sub>2</sub>  = (V<sub>O</sub>  - V<sub>I</sub>) / R<sub>2</sub>  .
-  * Pero habíamos dicho que las intensidades de ambas resistencias eran iguales, así que I<sub>1</sub>  = V<sub>I</sub>  / R<sub>1</sub>  = I<sub>2</sub>  = (V<sub>O</sub>  - V<sub>I</sub>) / R<sub>2</sub>, y por lo tanto V<sub>I</sub>  / R<sub>1</sub>  =  V<sub>O</sub>  / R<sub>2</sub>  - V<sub>I</sub>  / R<sub>2</sub>  y esto implica que V<sub>O</sub>  / R<sub>2</sub>  =  V<sub>I</sub>  / R<sub>1</sub>  + V<sub>I</sub>  / R<sub>2</sub>  = V<sub>I</sub>  · (1 / R<sub>1</sub>  + 1 / R<sub>2</sub>) y por lo tanto V<sub>O</sub>  = V<sub>I</sub>  · R<sub>2</sub>  · (1 / R<sub>1</sub>  + 1 / R<sub>2</sub>).
+  * Pero habíamos dicho que las intensidades de ambas resistencias eran iguales, así que I<sub>1</sub>  = V<sub>I</sub>  / R<sub>1</sub>  = I<sub>2</sub>  = (V<sub>O</sub>  - V<sub>I</sub>) / R<sub>2</sub>, y por lo tanto V<sub>I</sub>  / R<sub>1</sub>  = V<sub>O</sub>  / R<sub>2</sub>  - V<sub>I</sub>  / R<sub>2</sub>  y esto implica que V<sub>O</sub>  / R<sub>2</sub>  = V<sub>I</sub>  / R<sub>1</sub>  + V<sub>I</sub>  / R<sub>2</sub>  = V<sub>I</sub>  · (1 / R<sub>1</sub>  + 1 / R<sub>2</sub>) y por lo tanto V<sub>O</sub>  = V<sub>I</sub>  · R<sub>2</sub>  · (1 / R<sub>1</sub>  + 1 / R<sub>2</sub>).
-  * La ganancia es el cociente entre las dos señales, así que G = V<sub>O</sub>  / V<sub>I</sub>  =  R<sub>2</sub>  · (1 / R<sub>1</sub>  + 1 / R<sub>2</sub>) = (R<sub>1</sub>  + R<sub>2</sub>) / R<sub>1</sub>  .
+  * La ganancia es el cociente entre las dos señales, así que G = V<sub>O</sub>  / V<sub>I</sub>  = R<sub>2</sub>  · (1 / R<sub>1</sub>  + 1 / R<sub>2</sub>) = (R<sub>1</sub>  + R<sub>2</sub>) / R<sub>1</sub>  .
-  * Podemos deducir que la ganancia mínima será la unidad (cuando R<sub>2</sub>  = 0), pero de ahí no podemos bajar. Y desaparece el signo negativo, así que la salida estará en fase respecto a la entrada.
+Podemos deducir que la ganancia mínima será la unidad (cuando R<sub>2</sub>  = 0), pero de ahí no podemos bajar. Y desaparece el signo negativo, así que la salida estará en fase respecto a la entrada.
+Además, en este caso particular en el que R<sub>2</sub>  = 0 , R<sub>1</sub>  pasaría a ser simplemente una resistencia conectada entre la salida del amplificador y masa, así que podríamos eliminarla y nos quedaríamos con un motaje súper sencillo llamado **seguidor de tensión**:
+[PONER AQUI EL ESQUEMA DEL AMPLIFICADOR INVERSOR]
+Este seguidor es una forma muy práctica de poder utilizar una señal sin degradarla, ya que la impedancia de entrada del seguidor es infinita (o casi) mientras que el operacional nos ofrece una impedancia de salida relativamente baja (dependerá del modelo) para atacar a lo que necesitemos.

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